Prolo Go 123

CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE-CORRIENTE

UNIVERSIDAD DE INGENIERIACURVAS EQUIPOTENCIALESUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

PROLOGO

Esperando que este informe les sirva como referencia practica sobre el tema de curvas equipotenciales para un mayor entendimiento sobre los temas de campo elctrico, potencial elctrico, etc.Es decir una mayor comprensin sobre el tema tratado.

INDICE

PAG

PROLOGO..1 INDICE...31) OBJETIVOS.......4

2) REPRESENTACION ESQUEMATICA ...5

3) FUNDAMENTO TEORICO .....8

4) PARTE EXPERIMENTAL9

4.1. MATERIALES.....9

4.2. PROCEDIMIENTO....11

5) HOJA DE DATOS........12

6) GRAFICAS Y RESULTADOS...13

7) CONCLUSIONES20

8) RECOMENDACIONES...21

9) BIBLIOGRAFIA...22

OBJETIVOS:

Investigar la dependencia de la corriente y la tensin aplicada a diversos dispositivos electrnicos.

Realizar mediciones de voltaje y corriente a travs de distintos tipos de materiales y obtener curvas caractersticas I vs. V.

Estudiar el tipo de relacin entre I y V.

Comprobar la ley de Ohm.

REPRESENTACION ESQUEMATICA:

FUNDAMENTO TEORICO:

Fundamento TericoEl termino corriente elctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa de flujo de carga que pasa por alguna regin de espacio. La mayor parte de las aplicaciones prcticas de la electricidad tienen que ver con corrientes elctricas. Por ejemplo, la batera de una luz de destellos suministra corriente al filamento de la bombilla cuando el interruptor se conecta. Una gran variedad de aparatos domsticos funcionan con corriente alterna. En estas situaciones comunes, el flujo de carga fluye por un conductor, por ejemplo, un alambre de cobre. Es posible tambin que existan corrientes fuera de un conductor. Por ejemplo, un haz de electrones en el tubo de imagen de una TV constituye una corriente.

Lmpara incandescenteEn una lmpara incandescente, una corriente elctrica fluye a travs de un delgado hilo de volframio denominado filamento. La corriente lo calienta hasta alcanzar unos 3.000 C, lo que provoca que emita tanto calor como luz. La bombilla o foco debe estar rellena con un gas inerte para impedir que el filamento arda. Durante muchos aos, las lmparas incandescentes se rellenaban con una mezcla de nitrgeno y argn. Desde hace un tiempo comenz a utilizarse un gas poco comn, el criptn, ya que permite que el filamento funcione a una temperatura mayor, lo que da como resultado una luz ms brillante.Definicin de corriente elctricaSiempre que se mueven cargas elctricas de igual signo se establece una corriente elctrica. Para definir la corriente de manera ms precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de rea A, como en la figura 27.1. (Esta sera el rea de la seccin transversal de un alambre, por ejemplo.) La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. Si Q es la cantidad de carga que pasa por esta rea en un intervalo de tiempo t, la corriente promedio, Ipro, es igual a la carga que pasa por A por unidad de tiempo:Fig. 27.1 Cargas en movimiento a travs de un rea A. La tasa de flujo de carga en el tiempo a travs del rea se define como la corriente I. la direccin de a la cual la carga positiva fluira si tuviera libertad de hacerlo.

Si la tasa a la cual fluye la carga vara en el tiempo, la corriente tambin vara en el tiempo, y definimos a la corriente instantnea I como el lmite diferencial de la ecuacin:

La unidad de corriente del Sistema Internacional es el ampere (A).

Esto significa que 1 de corriente es equivalente a 1C de carga que pasa por el rea de la superficie en 1s.

Fig. 27.2. Una seccin de una conductor uniforme de rea de seccin transversal A. los portadores de carga se mueven con una velocidad vd y la distancia que recorren en un tiempo t esta dada por x = vdt. El nmero de portadores de cargas mviles en la seccin de longitud x est dado por nAvdt , donde n es el numero de portadores de carga mviles por unidad de volumen.Las cargas que pasan por la superficie en la figura 27.1 pueden ser positivas negativas o de ambos signos. Es una convencin dar a la corriente la misma direccin que la del flujo de carga positiva. En un conductor como el cobre la corriente se debe al movimiento de electrones cargados negativamente. Por lo tanto, cuando hablamos de corriente en un conductor ordinario, como un alambre de cobre, la direccin de la corriente es opuesta a la direccin del flujo de los electrones. Por otra parte, si se considera un haz de protones cargados positivamente en un acelerador, la corriente est en la direccin del movimiento de los protones. En algunos casos gases y electrolitos, por ejemplo la corriente es el resultado del flujo tanto de cargas positivas como negativas. Es comn referirse a una carga en movimiento (ya sea positiva o negativa) como un portador de carga mvil. Por ejemplo, los portadores de carga en un metal son los electrones.Es til relacionar la corriente con el movimiento de partculas cargadas. Pan ilustrar este punto, considere la corriente en un conductor de rea de seccin transversal A (figura 27.2). El volumen de un elemento del conductor de longitud x (la regin sombreada en la figura 27.2) es A x. Si n representa el numero de portadores de carga mvil por unidad de volumen, entonces el nmero de portadores de carga mvil en el elemento de volumen es nA Por lo tanto, la carga Q en este elemento esQ= Numero de cargas x carga por partcula = (nA x)qDonde q es la carga en cada partcula. Si los portadores de cargas se mueven con una velocidad vd la distancia que se mueven en un tiempo t es x = vdt. En consecuencia, podemos escribir q en la formaQ = (nAvdt)qSi dividimos ambos lados de la ecuacin por t, vemos que la corriente en el conductor est dada por

RESISTENCIA Y LEY DE OHMLas cargas se mueven en un conductor para producir una corriente bajo la accin de un campo elctrico dentro del conductor. Un campo elctrico puede existir en el conductor en este caso debido a que estamos tratando con cargas en movimiento, una situacin no electrosttica. Considere un conductor de rea transversal A que conduce una corriente I. La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de rea. Puesto que la corriente I=nqvdA, la densidad de corriente es:

Donde J tiene unidades del Sistema Internacional A/m2. La expresin es vlida slo si la densidad de corriente es uniforme y slo si la superficie del rea de la seccin transversal A es perpendicular a la direccin de la corriente. En general, la densidad de corriente es una cantidad vectorial:

A partir de esta definicin, vemos otra vez que la densidad de corriente, al igual que la corriente, est en la direccin del movimiento de los portadores de carga negativa. Una densidad de corriente J y un campo elctrico E se establece en un conductor cuando se mantiene una diferencia de potencial a travs del conductor. Si la diferencia de potencia es constante, la corriente tambin lo es. Es muy comn que la densidad de corriente sea proporcional al campo elctrico. (27.7)Donde la constante de proporcionalidad recibe el nombre de conductividad del conductor. Los materiales que obedecen la ecuacin 27.7 se dice que cumplan la ley de Ohm, en honor de Simn Ohm (1787-1854). Ms especficamente, la ley de Ohm establece queEn muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la proporcin entre la densidad de corriente y el campo elctrico es una constante, , que es independiente del campo elctrico productor de la corriente.Los materiales que obedecen la ley de Ohm y que, en consecuencia, presentan este comportamiento lineal entre E y J se dice que son hmicos. El comportamiento elctrico de la mayor parte de los materiales es bastante lineal para pequeos cambiosde la corriente. Experimentalmente, sin embargo, se encuentra que no todos los materiales tienen esta propiedad. Los materiales que no obedecen la ley de Ohm se dice que son no hmicos. La ley de Ohm no es una ley fundamental de la naturaleza sino ms bien una relacin emprica vlida slo para ciertos materiales.

Una forma de la ley de Ohm til en aplicaciones prcticas puede obtenerse considerando un segmento de un alambre recto de rea de seccin transversal A y longitud e, como se ve en la figura 27.4. Una diferencia de potencial V =Vb Va se mantiene a travs del alambre, creando un campo elctrico en ste y una corriente. Si el campo elctrico en el alambre se supone uniforme, la diferencia de potencial se relaciona con el campo elctrico por medio de la relacin

Por tanto, podemos expresar la magnitud de la densidad de la corriente en el alambre como

Puesto que J=I/A, la diferencia de potencia puede escribirse

La cantidad /A se denomina la resistencia R del conductor. De acuerdo con la ltima expresin, podemos definir la resistencia como la razn entre la diferencia de potencial a travs del conductor y la corriente.

A partir de este resultado vemos que la resistencia tiene unidades del Sistema Internacional (SI) de volts por ampere. Un voltio por ampere se define como un ohm ().

Es decir, si una diferencia de potencial de 1V a travs de un conductor produce una corriente de 1, la resistencia del conductor es 1. Por ejemplo, si un aparato elctrico conectado a una fuente de 120 V conduce una corriente de 6, su resistencia es de 20 . El inverso de conductividad es resistividad .

MATERIALESA continuacin mencionaremos los materiales y equipos que hemos usado para realizar el experimento. Fuente de poder D.C. (2V)

Un multmetro digital

Un transformador de voltaje alterno 220/6V, 60Hz

Un restato para utilizar como potencimetro.

Un voltmetro anlogo.

PROCEDIMIENTOPrimera parte: Determinacin de las curvas usando voltmetro y ampermetro.1. Identificamos en la caja de 5 elementos, los elementos incgnitas cuyas caractersticas investigaremos: E1, E2, E3. Observamos tambin que hay una resistencia de 1 y una de 100. En esta primera parte usaremos solo E1, E2 y E3.

1. Se monto el circuito que se muestra en la figura 1, regulando la fuente para que entregue 6 voltios. En nuestro la regulamos para que entregue 6.25 V.

Figura 1

1. Giramos el cursor del potencimetro a fin de que la tensin de salida sea nula.

1. Conectamos los puntos a y b al elemento E1 (lmpara) a fin de averiguar el comportamiento de la resistencia de su filamento.

1. Variamos el cursor del restato para medir la intensidad de corriente que circula por el filamento del foquito cuando la diferencia de potencial es 1 de 1 voltio.

1. Repetimos el paso anterior para 2, 3, 4 ,5 y 6 V.

1. Repetimos los pasos 4 y 5 para la resistencia de carbn (E2).

1. Repetimos los pasos 4 y 5 para el diodo (E3) teniendo cuidado de no pasar de 0.9 A porque se quemara. Obtenemos los datos de voltaje para corrientes de 0, 0.1, 0.2,,0.9A.

Segunda parte: Observacin de las curvas caractersticas usando el osciloscopio.1. Usando el transformador de 200 / 6V ensamblamos el circuito de la figura 2. En este caso R es la resistencia conocida de 1 W. Colocamos el control 21 del osciloscopio en CHA para observar la dependencia respecto del tiempo del voltaje a travs del filamento del foco. Colocamos el control 21 en CHB para observar la dependencia (respecto del tiempo) de la corriente a travs del filamento del foco. No olvidar que el control 21 debe estar en la posicin afuera.

Figura 21. Usamos el osciloscopio en el modo XY, es decir, control 30 en la posicin adentro, 24 en CHA y 21 en CHB. El control 23 debe estar en la posicin hacia afuera. Observamos la dependencia I vs V para el filamento del foco.

1. Montamos el circuito de la figura 3 para estudiar las curvas caractersticas de la resistencia de carbn. En este circuito R es el elemento E2.

Figura 3

1. Establecemos el circuito de la figura 4 para estudiar las curvas caractersticas de un diodo de unin (E3).

Figura 4

GRAFICA Y RESULTADOS:

1. Grafique I = f(V) con los valores obtenidos en los pasos 4, 5, 6 y 7.

Toma de Datos

Para E1Fuente de poder 1.5VVoltaje (V)Intensidad (A)

80.03

140.07

220.10

360.15

400.17

580.20

Fuente de poder 6VVoltaje (V)Intensidad (A)

100.14

200.23

300.27

450.30

700.34

1000.38


100.15

200.24

250.26

300.27

500.30

600.38

Voltaje (V)Intensidad (A)

580.5

2.00.45

1.50.36

1.00.28

0.50.25

Voltaje (V)

Para E2Fuente de poder 3VVoltaje (V)Intensidad (A)

50.06

100.13

150.20

180.23

200.27

240.32


100.13

110.17

150.21

270.36

310.43

350.49


100.11

120.15

150.20

210.28

300.41

400.55


0.50.005

1.00.01

1.50.016

2.00.02

2.50.024

3.00.03

Voltaje (V)

Para E3


240.02

280.05

300.09

340.25

350.27

380.46


250.01

280.03

300.04

320.11

350.22

370.38


260.01

300.04

320.08

330.12

340.19

350.25


0.50.01

1.00.03

1.50.04

2.00.05

2.50.06

3.00.08

Voltaje (V)

Los Valores obtenidos de las resistencias fueron las siguientes

Resistencia

E13.8

E299.7

E340

E464.1

E567.1

2. En cual de los elementos no se cumple la ley de ohm y en cuales no? Explique su respuesta.

La ley de Ohm expresada por la siguiente relacin VA - VB = R.I. La resistencia de un conductor es independiente de los potenciales aplicados, no depende mas que de para metros geomtricos: l y S y de la naturaleza del material ( = resistividad).

A las sustancias que cumplen con lo dicho anteriormente se les conoce como materiales Ohmicos. Segn la experiencia realizada y los datos obtenidos, el material que cumple casi aproximadamente la ley de Ohm, es la resistencia de carbn, para la cual la grfica v-I es una recta cuya pendiente vendra a ser la resistencia del material.

A los materiales que no cumplen con la ley de Ohm, se les llama Conductores no Ohmicos; este caso serian el diodo y el foco.

3. Para una diferencia de potencial de 0.8 voltios, halle las resistencias de los tres elementos.

En al ecuacin V (I) = 100.(I)

0,8 = 100 (i) I = 8 x 10 -3 A

R = V/I = 100

Para el elemento Diodo: El voltaje de 0,8 indica en la grfica los siguientes valores de intensidad: 0,45 y 0,62 Amperios.

Para el elemento Foco: El voltaje de 0,8 indica en la grfica el Sgto. Valor de intensidad: 0,31 A.

4. En el o los casos en que la curva I vs V obtenida en el osciloscopio sea una recta determine la pendiente de la recta y por lo tanto la resistencia del elemento. Compare con los valores obtenidos manualmente usando voltmetro y ampermetro.

En el osciloscopio se observo una curva cuya pendiente era 7/4

5. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crtico a partir del cual comienza a conducir. Cual es ese valor?

En la grafica se observa que a partir de 0.7 A. El voltaje es constante 0.793 V

CONCLUSIONES:

Los conductores o resistencias que cumplen con la ley de Ohm (denominados conductores Ohmicos) se caracterizan por mantener su resistencia constante, independiente de la tensin aplicada.

Los resultados obtenidos no concuerdan exactamente con los valores tericos, a pesar de eso se noto una gran cercana entre estos, lo cual verifica la ley de Ohm.

La resistencia de carbn (segn nuestra experiencia) nos muestra q ciertas sustancias cumplen aproximadamente la ley de Ohm, dicho el error es causado por la incertidumbre que poseen los instrumentos usados. Para los dos otros electos usados la dependencia entre I y V ya no es lineal (R = R0(1+.T)).

De la experiencia se puede concluir que la intensidad de la corriente elctrica en un conductor depende de la intensidad del campo elctrico en su interior y con ello de la deferencia de potencial

RECOMENDACIONES:Para la mejor realizacin de este experimento es necesario que:

Armar correctamente el circuito elctrico, asegurndose primero que la fuente de suministro de energa elctrica este desconectada.

El ampermetro, el voltmetro, las resistencias y el restato son instrumentos muy sensibles, as que se les debe de usar con sumo cuidado y sabiendo lo que se hace.

Leer correctamente lo que indican los respectivos instrumentos de medida.

BIBLIOGRAFIA:

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Garca Villarreal, Jos; Garca Villarreal, Juan: DISPOSITIVOS Y COMPONENTES ELECTRNICOS. vol. I: Lima: Consorcio integrado de electrnica e informtica CIEI .1992. Paginas: 5-6-7-8.

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